近幾年，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance Systems，簡(jiǎn)稱“ADAS”）技術(shù)的研究和應(yīng)用在各相關(guān)領(lǐng)域迅速開(kāi)展進(jìn)行，可以說(shuō)汽車正快速進(jìn)入全新的ADAS 世界。ADAS 的應(yīng)用場(chǎng)景要求其相關(guān)功能必須經(jīng)過(guò)足夠可靠的測(cè)試，以保證自動(dòng)駕駛車輛能夠無(wú)風(fēng)險(xiǎn)地安全運(yùn)行。因而針對(duì)ADAS系統(tǒng)的測(cè)試成為目前備受關(guān)注的問(wèn)題。

自動(dòng)駕駛（Autonomous Driving , AD）技術(shù)給汽車行業(yè)中ECU 的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。汽車研發(fā)中越來(lái)越多地涉及AD技術(shù)，整個(gè)車載電子系統(tǒng)的復(fù)雜度也隨之大幅提升。一是硬件的復(fù)雜度：現(xiàn)在汽車中會(huì)大量使用到攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)這些高性能傳感器，為了在各種復(fù)雜的外界條件下盡可能準(zhǔn)確地檢測(cè)車輛環(huán)境，相關(guān)傳感器的數(shù)量總是越多越好。二是軟件的復(fù)雜度：傳感器提供的數(shù)據(jù)需要通過(guò)AD ECU內(nèi)的高性能處理器以及圖形處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并實(shí)時(shí)處理。AD ECU 通常使用QNX、PikeOS 或者 INTEGRITY OS這些遵從POSIX規(guī)范的操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)可以搭載原先在汽車ECU 開(kāi)發(fā)領(lǐng)域從未使用過(guò)的IT 行業(yè)軟件環(huán)境。例如在開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛功能時(shí)就可以使用TensorFlow、ROS（Robot Operating System）這些用于人工智能分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的架構(gòu)環(huán)境。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中ECU 復(fù)雜的軟硬件環(huán)境最終都會(huì)映射到系統(tǒng)發(fā)布流程中測(cè)試環(huán)節(jié)的工作，即使只是軟件本身及其相關(guān)的自動(dòng)駕駛功能，需要的也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是簡(jiǎn)單的測(cè)試和驗(yàn)證程序。

自動(dòng)駕駛功能的驗(yàn)證方法

據(jù)估計(jì)，自動(dòng)駕駛功能的驗(yàn)證需要在實(shí)際道路上進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)甚至十億公里的駕駛測(cè)試，如果再考慮到對(duì)道路上行人可能造成的危險(xiǎn)以及測(cè)試的可復(fù)現(xiàn)性，這種使用實(shí)車進(jìn)行的真實(shí)路試工作量龐大、效率較慢，因此當(dāng)前更傾向于在實(shí)驗(yàn)室虛擬環(huán)境中進(jìn)行高效率的自動(dòng)駕駛功能測(cè)試。需要指出的是，在實(shí)驗(yàn)室中使用的仿真模型只能提供真實(shí)物理環(huán)境的一些近似值，自動(dòng)駕駛功能的驗(yàn)證必須是充分結(jié)合虛擬平臺(tái)測(cè)試以及真實(shí)世界的路試。

ADAS 系統(tǒng)中ECU 的核心是控制算法或者說(shuō)是軟件部分，因此有的ADAS系統(tǒng)仿真測(cè)試會(huì)采取僅針對(duì)軟件邏輯的虛擬測(cè)試，即所謂的軟件在環(huán)（Software-in-the-Loop, SiL）測(cè)試。SiL 的測(cè)試環(huán)境一方面需要能夠脫離ECU硬件獨(dú)立運(yùn)行其軟件 ，另一方面需要模擬軟件的測(cè)試環(huán)境，包括目標(biāo)車輛、車輛行為、車輛運(yùn)行的外部環(huán)境以及相關(guān)的傳感器執(zhí)行器等。此外還需要覆蓋一些像 “自動(dòng)化執(zhí)行” 這樣額外的測(cè)試需求。整體測(cè)試工作可以細(xì)分為多個(gè)單獨(dú)的子任務(wù)，針對(duì)單個(gè)子任務(wù)當(dāng)前都有專業(yè)的工具能夠覆蓋實(shí)現(xiàn)，在測(cè)試過(guò)程中可以使用標(biāo)準(zhǔn)化的接口將各個(gè)專業(yè)工具結(jié)合起來(lái)搭建一個(gè)完整的測(cè)試環(huán)境，用戶甚至無(wú)需了解工具之間通信的技術(shù)細(xì)節(jié)。

圖一展示了基于Vector 工具鏈的ADAS 測(cè)試方案的典型配置，其中待測(cè)系統(tǒng)（System Under Test，SUT）由虛擬環(huán)境仿真實(shí)現(xiàn)。PREEvision支持需求管理和測(cè)試數(shù)據(jù)管理，在工具鏈中負(fù)責(zé)管理測(cè)試規(guī)范和測(cè)試結(jié)果；vTESTstudio 是自動(dòng)化測(cè)試腳本集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，用于開(kāi)發(fā)測(cè)試用例，生成可執(zhí)行測(cè)試單元；CANoe支持總線分析、仿真以及測(cè)試，在系統(tǒng)中作為測(cè)試執(zhí)行平臺(tái)，集成各工具交互數(shù)據(jù)，控制測(cè)試運(yùn)行；DYNA4 是專業(yè)的虛擬道路測(cè)試和仿真解決方案工具，在工具鏈中負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛環(huán)境的模擬。測(cè)試可以手動(dòng)控制或自動(dòng)執(zhí)行，一旦測(cè)試執(zhí)行完成，測(cè)試工具鏈將會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建測(cè)試報(bào)告并且將測(cè)試結(jié)果儲(chǔ)存在測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。該方案確保了從測(cè)試需求到測(cè)試結(jié)果的端對(duì)端的可追溯性。

以緊急制動(dòng)功能測(cè)試為例來(lái)說(shuō)明SiL測(cè)試系統(tǒng)的搭建和設(shè)置。如圖2所示，SUT 是一個(gè)基于Linux系統(tǒng)的AUTOSAR Adaptive ECU，它需要通過(guò)SOME/IP 與傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行通信。測(cè)試系統(tǒng)包含一個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)和一個(gè)執(zhí)行器網(wǎng)關(guān)：傳感器網(wǎng)關(guān)從速度傳感器和距離傳感器接收數(shù)據(jù)并通過(guò)SOME/IP 與緊急制動(dòng)ECU 通信；ECU發(fā)出的控制信號(hào)則通過(guò)執(zhí)行器網(wǎng)關(guān)傳遞給制動(dòng)和加速踏板。在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中，使用DYNA4模擬行車環(huán)境和傳感器、執(zhí)行器，CANoe 仿真節(jié)點(diǎn)模擬傳感器網(wǎng)關(guān)和執(zhí)行器網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與SUT 的通信以及相關(guān)測(cè)試。

車道偏離警告HiL 測(cè)試系統(tǒng)

除了基于全仿真的SiL測(cè)試，ECU 軟件后續(xù)還需要與傳感器以及真實(shí)硬件進(jìn)行集成測(cè)試。此時(shí)可采用半實(shí)物仿真的硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop, HiL）測(cè)試方案。HiL測(cè)試需要在模擬的車輛環(huán)境中集成真實(shí)的ECU 以及真實(shí)的傳感器。ADAS 系統(tǒng)要求ECU 與傳感器之間能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這就需要搭建一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，比如可以通過(guò)Vector 的VT System、VN系列總線接口卡來(lái)建立ECU、傳感器和測(cè)試上位機(jī)之間的電氣連接。

下面以車道偏離警告功能測(cè)試系統(tǒng)為例介紹利用Vector 工具搭建的高效、可擴(kuò)展的HiL 測(cè)試系統(tǒng)，當(dāng)然該HiL 系統(tǒng)架構(gòu)同樣適用于測(cè)試其他ADAS ECU。車道偏離警告（Lane Departure Warning, LDW）系統(tǒng)旨在當(dāng)車輛從當(dāng)前車道異常偏移時(shí)以視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)或振動(dòng)等方式警告駕駛員，主要由LDW ECU 和攝像頭組成，一般安置在車身側(cè)面或后視鏡位置。

測(cè)試系統(tǒng)中主要包含CANoe、DYNA4、LDW ECU、力反饋方向盤（Force Feedback Wheel）和總線接口卡五個(gè)主要組件，各個(gè)組件之間協(xié)同溝通實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能。

CANoe 作為測(cè)試的執(zhí)行平臺(tái)，提供測(cè)試的模擬環(huán)境，控制整個(gè)測(cè)試的運(yùn)行。

DYNA4 軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛環(huán)境的模擬，負(fù)責(zé)搭建虛擬化行車環(huán)境，包括車輛模型、駕駛員模型、交通環(huán)境模型以及傳感器模型等，模型的各個(gè)參數(shù)可以通過(guò)軟件進(jìn)一步細(xì)化設(shè)置。在測(cè)試過(guò)程中，顯示器同步顯示具體的動(dòng)畫細(xì)節(jié)，比如各種景觀細(xì)節(jié)或其他道路用戶等周圍道路環(huán)境。

LDW ECU（包含攝像頭傳感器）被放置在DYNA4 顯示器的前方，使其像在真實(shí)車輛中一樣拍攝DYNA4中模擬的動(dòng)畫場(chǎng)景。LDW ECU 軟件接收并處理圖像數(shù)據(jù)，在車輛偏離車道時(shí)通過(guò)CAN總線發(fā)出警告。

力反饋方向盤接收控制信息，用于以振動(dòng)反饋的形式顯示警告信息。

總線接口卡實(shí)現(xiàn)軟件運(yùn)行平臺(tái)PC 端與LDW ECU 、力反饋方向盤的物理連接。示例中使用VN1610搭建CAN 總線通信網(wǎng)絡(luò)，保證ECU 控制信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸。Vector 可提供多種總線接口卡支持不同總線類型的通信，以及高性能模塊化IO板卡實(shí)現(xiàn)IO信號(hào)的同步處理。對(duì)于高實(shí)時(shí)性要求的測(cè)試，可以通過(guò)支持Extended Real Time (ERT)技術(shù)的VN8900/VT6000實(shí)時(shí)處理模塊或CANoe專用工控機(jī)來(lái)解決時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)，進(jìn)行高性能仿真測(cè)試。

整個(gè)測(cè)試工作通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件配置就可實(shí)現(xiàn)：DYNA4負(fù)責(zé)測(cè)試系統(tǒng)中車輛及環(huán)境模型的搭建；隨后模型被編譯為DLL 文件無(wú)縫導(dǎo)入到CANoe中作為CANoe 一個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)；CANoe模擬殘余總線與ECU通信交互數(shù)據(jù)并控制測(cè)試的執(zhí)行；測(cè)試腳本則可使用vTESTstudio編寫。測(cè)試過(guò)程可以設(shè)置為手動(dòng)/半自動(dòng)控制，也可以設(shè)置為自動(dòng)執(zhí)行。詳細(xì)的測(cè)試步驟和數(shù)據(jù)流在CANoe中實(shí)時(shí)監(jiān)控，并最終自動(dòng)生成格式可自定義的測(cè)試報(bào)告。

展望

Vector結(jié)合其開(kāi)發(fā)、管理、仿真及測(cè)試工具鏈的優(yōu)勢(shì)，提供具有高成本效益的ADAS系統(tǒng)測(cè)試解決方案。方案以功能強(qiáng)大的CANoe 和專業(yè)車輛仿真軟件DYNA4為基礎(chǔ)：CANoe支持多種總線通信和殘余總線的仿真，豐富的測(cè)試API 接口能夠快速地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試；DYNA4軟件帶有豐富的輔助駕駛模型庫(kù)，用戶可以使用現(xiàn)成組件進(jìn)行高效快速設(shè)置，無(wú)需復(fù)雜的自定義操作。

此外，ADAS/AD 功能可以分布在多個(gè)ECU 上實(shí)現(xiàn)。從測(cè)試工程師角度上來(lái)說(shuō)，軟件功能相比于作為封閉黑匣子的ECU顯得更為重要。面向服務(wù)的架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）為各個(gè)功能組件提供通信基礎(chǔ)，使得這些組件可以獨(dú)立于硬件或操作系統(tǒng)進(jìn)行通信。ADAS系統(tǒng)未來(lái)將給測(cè)試工具提出更多的挑戰(zhàn)。